机械式枣去核设备的设计及动力主轴的计算分析

肖 波

（山西省农业机械发展中心，山西 太原 030002）

近年来，随着红枣种植面积的迅速扩大，红枣产量显著提高，越来越多的企业开始从事红枣精、深加工。其中，去核作业是红枣深加工的重要环节，去核红枣可以用于蜜枣、枣泥、枣酱、枣粉、枣汁及枣汁饮料、枣酒等的制作，枣核可用于生产活性炭、烟薰液。效率高、适应性强、去核效果好的红枣去核机产品的缺乏一定程度上成为了红枣深加工产业快速发展的瓶颈。

我国从20 世纪80 年代后期开始着手研制去核机，陆续推出了一些加工设备。但由于在去核时出现的一些技术问题尚未真正解决，使得这些加工设备在推广使用上受限。目前，大多数的红枣加工企业都是由人工或者十分简陋的去核机械来完成去核工作，劳动强度大，工作效率低，卫生条件差，安全隐患多、加工的产品质量难以控制，更无法满足批量红枣深加工的要求。随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对食品质量的要求也越来越严格。因此，高效、优质红枣去核机产品的开发迫切而又必要。针对现有红枣去核机产品由于未能合理地解决不同大小红枣的排队、定位问题，开发一种效率高、适应性强、去核效果好的红枣去核机十分必要。

1 机械式枣去核机的主要结构

如图1 所示，该机械式枣去核机主要由动力装置、传动装置、去核装置、上料装置四部分组成。动力装置包括电动机与减速机两部分。传动装置主要包括动力主轴、槽轮轴、绞龙传动轴三部分，具体体现为实现去核装置往复运动的曲柄滑块机构，上料装置间歇运动的槽轮机构以及出枣、出核绞龙的传动机构。去核装置主要由外部直流电动机驱动的旋转扶正器，去核管，去枣杆及其辅助挡板组成。上料装置主要由料斗，装枣模具与安装模具的安装板组成的传送带3 部分组成。

2 机械式枣去核机的工作原理

该机械式枣去核机料斗中红枣自然落入随上料传送链一起运动的装枣模具，在传动系统作用下，模具中红枣首先进入定位工位，由旋转扶正器作用实现轴线定位，模具八爪对扶正红枣进行加持，然后，红枣进入去核工位，去核管在曲柄滑块机构驱动下实现红枣去核，枣核在去核摆杆作用下落入去核绞龙排出，最后，红枣进入去枣工位，在去枣杆作用下落入去枣绞龙排出。

3 关键技术问题及解决办法

红枣去核最大的难题在于不同红枣间大小、形状的差异，机器设计的关键在于能有效的解决红枣的定位问题。本去核机的解决方案是根据红枣的实际大小设计合适的装枣模具，并通过外设的旋转扶正器旋转作用，实现其轴线定位。

5 机械式枣去核机的工作方式

该机械式枣去核机工作时，动力由电动机经减速机链轮传递给动力主轴，动力主轴的两端安装有曲柄，经连杆与去核装置联接，曲柄转动，驱动去核装置往复运动。动力主轴中部装有槽轮拨动销，拨动槽轮轴间歇转动，槽轮轴通过端部的链轮驱动4 号链轮间歇转动，进而带动上料装置间歇运动。动力主轴的中部还装有链轮，其驱动绞龙传动轴连续转动，绞龙传动轴进而通过端部链轮的传动带动去核绞龙与去枣绞龙转动。去核装置的旋转扶正器、去核管、去枣杆三部件对应着三个工位。红枣由料斗落入装枣模具随着传送链传送过来之后，首先进入定位工位，旋转扶正器在外部直流电动机的驱动下转动，在曲柄连杆的作用下向左平动，装枣模具中红枣在旋转扶正器作用下旋转左移，被模具的小爪加持，实现轴线定位。然后定位的红枣进入去核工位，去核管在传动系统作用下左移，插核，红枣依然被装枣模具加持，枣核先进入去核管，再落入去核绞龙排出。最后，去核红枣进入去枣工位，去核红枣在去枣杆作用下顶入去枣绞龙排出。

5 机械式枣去核机主要性能指标

通过定型鉴定检验，该机械式枣去核机的主要性能指标如下：

表1 机械式枣去核机主要性能指标Tab.1 Main performance indexes of nuclear removal machine

6 机械式枣去核机动力主轴的设计计算

6.1 求动力主轴上的功率、转速和转矩

电动机功率P=1.1 kW，额定转速n=1 500 r/min，减速机速比23。取减速机的传动效率η=0.9，链传动的效率η1=0.9，则：

6.2 初步确定轴的最小直径

选取轴的材料为45 钢，调质处理。选取A0=105，于是得

圆整取d=21 mm，动力主轴的最小直径为端部与曲柄的连接处。

6.3 轴的结构设计

6.3.1 拟定轴上零件的装配方案

根据机器的整体传动要求，动力主轴的两端部安装去核装置的曲柄，中部安装槽轮拨动销与传动链轮。

6.3.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

为了满足曲柄的定位要求，Ⅰ—Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取Ⅱ—Ⅲ段的轴径为24 mm，左端用轴端挡圈定位，挡圈直径30 mm。曲柄与主轴配合的毂长为30 mm，为了保证轴端挡圈只压在曲柄上，所以Ⅰ—Ⅱ段的长度应比30 mm略短一些，取为28 mm。

由于轴及零件安装于机架上，且轴承主要承受径向力，故选择带座外球面轴承UCP205，Ⅱ—Ⅲ轴段长度为70 mm，Ⅲ—Ⅳ段轴径为25 mm，由于外球面轴承UCP205 的宽度为34.1 mm，为便于加工。取Ⅲ—Ⅳ轴段的长度为35 mm。

基于传动系统的配合要求，确定中部链轮及槽轮拨动销段的轴径为30 mm，Ⅳ—Ⅴ轴段的长度为168 mm，链轮及槽轮拨动销运行中不承受轴向载荷，故使用弹性挡圈进行定位，挡圈直径为27.9 mm。在槽轮拨动销的右侧为轴肩定位，故确定Ⅵ—Ⅶ轴段的直径为35 mm，而该轴段的长度无具体要求。其余的轴段设计在保证了与机架上外球面轴承UCP205 及曲柄的配合的前提下，与前述类似，这样各轴段的直径与长度就基本确定下来了。

6.3.3 轴上零件的周向定位

曲柄、链轮、槽轮拨动销与轴均采用平键连接，为了保证零件良好的对中性，均采用的过渡配合。轴承与轴的轴向定位也采用了过渡配合来保证，此处轴的直径公差为K6。

6.3.4 确定轴上的圆角和倒角尺寸

轴端倒角为C1，圆角半径根据轴径的不同取为R0.5 或R1。

7 市场应用前景

该机械式枣去核设备不仅能在短时间内对采摘回来的红枣进行去核，使得去核实现真正的自动化、工业化，填补这个领域的空白，而且快速、经济、省时、省力、安全，为广大红枣种植户解决了去核困难的问题，使其工作效率更高，产品质量更好，能够在很大程度上帮助红枣种植户、加工厂更轻松更有效率的完成去核工作。